Question

實(shí)驗(yàn)題：
（1）在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質(zhì)量M間的關(guān)系時(shí)，采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置．小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示．
①當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足

m＜＜M

時(shí)，才可以認(rèn)為繩子對(duì)小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力．
②某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m一定來(lái)做實(shí)驗(yàn)，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是

B

．
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力
C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
D．用天平測(cè)出m以及小車質(zhì)量M，小車運(yùn)動(dòng)的加速度可直接用公式a=

mg

M

求出
③另兩組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當(dāng)，這兩組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象分別如圖2和圖3所示，其原因分別是：
圖1：

小車質(zhì)量M沒有遠(yuǎn)大于盤及盤中砝碼的質(zhì)量m

；
圖2：

沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

．
（2）為較精確地測(cè)量一只微安表的內(nèi)阻，要求按照?qǐng)D4給出的電路進(jìn)行測(cè)量．實(shí)驗(yàn)室中可供選擇的器材如右表所示．實(shí)驗(yàn)中為了安全，電阻箱R的阻值不能取為零，只能為適當(dāng)大小的阻值．則：

器      材	規(guī)      格
待測(cè)微安表	量程200μA，內(nèi)阻約1kΩ
電阻箱R	阻值1Ω～9999Ω
滑動(dòng)變阻器R1′	阻值0～50Ω
滑動(dòng)變阻器R2′	阻值0～1kΩ
電源	電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)
電鍵一只、導(dǎo)線若干

①實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

R₁′

．
②將實(shí)物圖如圖5連成實(shí)驗(yàn)電路．      
③簡(jiǎn)述所需測(cè)量和記錄的物理量：

R₁、I₁；R₂、I₂

．
④用這些物理量表示內(nèi)阻的測(cè)量值：

r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．

Answer 1

分析：（1）解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究，其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測(cè)量很重要．
（2）在保證安全的前提下，為方便實(shí)驗(yàn)操作，應(yīng)選最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器；
根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)物電路圖；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理確定需要測(cè)量的物理量；由歐姆定律求出待測(cè)電流表阻值．

解答：解：（1）①該實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是小車，采用控制變量法研究．當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系．那么小車的合力怎么改變和測(cè)量呢？為消除摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，可以把木板D的左端適當(dāng)墊高，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．
根據(jù)牛頓第二定律得：對(duì)m：mg-F_拉=ma，對(duì)M：F_拉=Ma，解得：F_拉=

mMg

m+M

=

mg

1+ m M

；
當(dāng)M＞＞m時(shí)，即當(dāng)砝碼和盤的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．
②A、平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動(dòng)小車，是小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來(lái)的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)．故A錯(cuò)誤．
B、每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故B正確．
C、實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來(lái)的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．故C錯(cuò)誤．
D、小車運(yùn)動(dòng)的加速度是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量，如果用天平測(cè)出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式a=

mg

M

求出，這是在直接運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算的，而我們實(shí)驗(yàn)是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系．故D錯(cuò)誤．
故選B．
③當(dāng)盤及盤中砝碼質(zhì)量較大時(shí)，a-F圖象發(fā)生彎曲，這是由于沒有保證小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于盤及盤中砝碼質(zhì)量造成的，如圖2所示．由圖3可知，圖線沒過原點(diǎn)，當(dāng)F≠0時(shí)，a=0．也就是說(shuō)當(dāng)繩子上有拉力時(shí)小車的加速度還為0，說(shuō)明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消呢這是由于沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的．
（2）①兩個(gè)滑動(dòng)變阻器都能保證安全，為方便實(shí)驗(yàn)操作，應(yīng)選最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器R₁′．
②根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖如圖所示．
③根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)物電路圖，把滑片移到最左端，把電阻箱阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，調(diào)整電阻箱阻值為R₁，移到滑動(dòng)變阻器滑片到合適位置，讀出毫安表示數(shù)I₁；保持滑動(dòng)變阻滑片位置不變，調(diào)整變阻箱阻值為R₂，讀出此時(shí)微安表示數(shù)I₂；
④滑動(dòng)變阻器阻值很小，電阻箱阻值很大，在實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)為分壓電路電壓不變，設(shè)為U，則U=I₁（r+R₁），U=I₂（r+R₂），
解得：r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．
故答案是：（1）m＜＜M；（2）B；（3）小車質(zhì)量M沒有遠(yuǎn)大于盤及盤中砝碼的質(zhì)量m；沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．（2）①R₁′；②電路圖如圖所示；③R₁、I₁；R₂、I₂；④r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．

點(diǎn)評(píng)：（1）教科書本上的實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚．
（2）本實(shí)驗(yàn)采用等效替代的方法來(lái)測(cè)量微安表內(nèi)阻，要控制條件：第一次滑動(dòng)變阻器R′，調(diào)整電阻箱R為零．而第二次變阻器不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱．